邦定机中伺服控制系统的抗干扰问题

菅卫娟

(太原风华信息装备股份有限公司，山西太原 030024)

在工业控制技术迅速发展的今天，伺服技术也得到了广泛的应用。交流伺服电机控制采用了磁场定向矢量控制原理，具有动态响应快、稳态运行精度高、转矩脉动小，低速运行平滑等性能,而且调速范围较大，做为进给传动装置得到了广泛的应用。但由于伺服系统信号干扰的广泛存在，保证系统的稳定运行就成了一个比较棘手的问题。本文结合实例就如何提高伺服系统的抗干扰能力展开分析。

1 伺服系统简介

伺服（和PLC）都是专为工业控制环境而设计，其本身具有较强的稳定性，所以在一般的伺服控制系统中不用抗干扰设计或进行简单的抗干扰设计就可以使系统安全可靠稳定地运行。但在特殊的应用场合，如在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，控制系统和执行机构就不一定能可靠地工作；另外，在对可靠性要求特别高的场合，就要对控制系统和执行机构进行特别的抗干扰设计。为提高系统的可靠性，首先要认真分析相应的应用环境中各种可能产生干扰来源。在此基础上既要选择可靠性强的伺服控制系统，还要有针对性地进行抗干扰设计。

2 实例

双工位FOG邦定机是我公司开发生产的一种用于液晶模块产品制造过程中 COF、COG、FPC、TCP等电路热压连接的设备。该设备为主预压一体机型，采用单预压、双主压相结合，双工作台结构，通过伺服电机加丝杠导轨带动工作台左右平行移动并且定位，利用图像系统进行对位，采用加热压头进行热压。在设备的整个工作流程中伺服系统运行的稳定性起到了关键作用。

第一批双工位FOG邦定机在装配调试完成后，开始运行一切正常，在发货前几天进行设备复查检验时，发现图像的视野范围在X方向不固定。经检查判断，排除了机械装配，零部件的加工以及图像系统等问题后，将问题锁定到了伺服系统上。

经过详细测试和检查，发现只是驱动器上的信号线与对应的电源线没有用同一箍双绞线，没有其他硬件上的问题。打开伺服电机说明书查看，上面明确画着使用双绞线连接的示意图（如图1所示）。

图1 信号线与相应电源的正确接线示意图

改正接线后，设备运行稳定，性能完全符合客户的要求。通过以上实例我们得知，双绞线除了可以使接头内线缆互相的干扰相互抵消而降到最低，同时也使外界干扰的差分信号值尽量能相等以便抗干扰电路作相减运算来消除之。所以平时接伺服系统的线时，如果不按标准操作，虽然有时也能正常工作，但是线路内部各线对之间的干扰不能有效消除，从而使信号传送出错率增加，最终导致系统性能下降，造成不必要的麻烦。在以后的生产工作中我们吸取了这次的经验教训，改进了设备的抗干扰能力，设备运行稳定，得到了广大客户的认可。

可见伺服系统的信号干扰问题有时是不易被发现的，这就要求我们在平时的工作中不仅要认真仔细观察以外，最重要的是防范于未然--知道主要干扰源和造成信号干扰的原因以及了解信号干扰的主要现象，来避免发生此类问题。

3 干扰源

伺服电机运行紊乱的情况，除了接线错误的原因外，大多数原因是信号干扰问题造成的。干扰的来源众多,破坏了伺服电机运行的稳定性。系统不稳定的主要表现为内部信息不起作用，导致电机运行混乱，执行机构误动作和网络出错，影响设备的正常运行。来自外部的几种主要干扰因素包括：空间的辐射干扰、各个元件接地混乱时的干扰以及不科学安装和布线引入的干扰，但伺服系统抗干扰中最主要的部分是防止干扰脉冲的输入。

4 系统受干扰时的主要表象

（1）系统发指令时，电机无规则地转动；

（2）脉冲信号等于零时，驱动器上数字显示表数值乱跳；

（3）电机运行时，PLC采集的信号与实际参数所对应的信号值不吻合，且误差值是随机的、无规律的；

（4）与其他工作系统共用同一电源(如显示器等)时工作不正常。

5 抗干扰分析及抗干扰措施

怎样才能更好更简单地解决伺服系统信号干扰的问题呢？针对以上提出的几种干扰源，我们来进行简单的分析。

（1）辐射对伺服控制系统的干扰，主要通过两条路径：一是直接对伺服内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对伺服通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。针对辐射干扰，屏蔽、滤波和接地是三种主要的方法。

（2）对接地混乱引起的伺服系统的干扰。对这种干扰，最好的解决办法就是在设备中将各个元件都合理接地。主要的接地方式有两种：单点接地和多点接地。单点接地又分为串联式和并联式（如图2所示）我们生产的专用设备的频率大多在1MHz以下，所以采用并联式单点接地就可以有效避免各单元之间的地阻达到抗干扰的目的。

（3）要避免不科学安装和布线引入的干扰就要按照不同的安装规范来安装不同类型的硬件，在布线上也要分类走线。如伺服驱动器与电源的安装位置、机架间的距离、接口模块的安装位置、机架与安装部分的连接电阻等都有明确的要求，安装时必须按所用产品的安装要求进行。如果随便安装设备和走线，会在设备内部产生各种不同方向的电磁场，从而干扰伺服系统的正常运行。此外如果使用伺服脉冲控制，脉冲信号和对应的电源必须得用双绞线来接，且最好采用屏蔽线。

（4）防止干扰脉冲的输入是伺服系统抗干扰的主要部分。主要从三方面采取抗干扰措施：第一，选型的时候尽量选取含有差分输入方式的伺服驱动器。第二，在程序设计中要在没有脉冲输入时，将伺服驱动器的“脉冲输入禁止”信号激活，这样能有效地减少干扰脉冲的输入。第三，伺服驱动器和伺服电机之间的连线要使用屏蔽线，线缆拨开屏蔽层的部分不能大于75mm，屏蔽层要在伺服驱动器侧可靠接地。

6 结束语

要提高伺服系统的可靠性,一方面要求伺服生产厂家进一步提高产品的抗干扰能力；另一方面要求技术人员在工程设计、安装施工和使用维护中,多方配合才能完善解决干扰问题,有效地增强伺服系统的抗干扰能力。

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[1]上海会通自动化科技发展有限公司.Panasonic AC流伺服电机·驱动器M INASA4系列使用说明书（第三版）[M].上海：上海会通自动化科技发展有限公司，2009，16-18.

[2]松下电工株式会社控制机器总部控制装置事业部.可编程控制器FP-X用户手册[M].中国：松下电工株式会社，ARCT1F409C-22007，9，237-238(9-16-9-17).

[3]北京平和创业科技发展有限公司.模拟量信号干扰分析及解决方案[DB/OL].中国工控网，http://www.bjpinghe.com.2009.